Методы оценки экологического состояния различных водных биотопов

     Песколовки (горизонтальные и вертикальные) применяют для предварительного выведения минеральных и органических загрязнений из сточных вод.

     Различают отстойники периодического и непрерывного действия. По направлению воды они делятся на горизонтальные, вертикальные и радиальные. Эффективность отстаивания в горизонтальных и радиальных отстойниках достигает 60 %, а в вертикальных – ниже на 10 – 20 %. Осветлители применяются для очистки природных вод и для предварительного осветления сточных вод некоторых производств. Используются осветлители со взвешенным слоем осадка.

2.2.3.Фильтрование

     Фильтрование  применяют для выделения из сточных  вод тонкодиспергированных твердых или жидких веществ, удаление которых отставанием затруднено. Разделение фаз ведут при помощи пористых перегородок, пропускающих жидкость и задерживающих диспергированную фазу, под действием гидростатического столба жидкости, повышенного давления до перегородки и вакуума после перегородки. Выбор перегородок зависит от свойств сточной воды, температуры, давления фильтрования и конструкции фильтра.

     Фильтрование  суспендированных веществ. Для проведения процесса фильтрования могут быть использованы фильтры любой конструкции. Однако при очистке сточных вод, как правило, приходится иметь дело с большими объемами воды, поэтому выбирают фильтры, для работы которых не требуется применение больших давлений. Исходя из этого используются фильтры с сетчатыми элементами (микрофильтры и барабанные сетки) и фильтрующим зернистым слоем. Фильтры с зернистым слоем подразделяются на медленные и скоростнее, открытые и закрытые. Медленные фильтры используются для фильтрования некоагулированных сточных вод. Достоинством таких фильтров является высокая степень очистки. Недостатки: большие размеры, высокая стоимость и сложная очистка от осадка. Микрофильтры применяют для очистки сточных вод от твердых и волокнистых материалов. Магнитные фильтры применяют для удаления из жидкостей мелких ферромагнитных частиц (размером 0,5 – 5 мкм).

     Фильтрование  эмульгированных  веществ. При фильтровании эмульсий через зернистый слой имеет значение смачиваемость поверхности материала. При гидрофобной поверхности прилипание частиц сильнее, чем при гидрофильных материалов имеется гидратная оболочка. Прилипание происходит там, где нарушена гидратная оболочка. Для удаления нефтепродуктов и масел могут быть использованы фильтры с загрузкой из пенополиуретана.

2.3.Физико-химические методы очистки вод

     К физико-химическим методам очистки  сточных вод относят флотацию, адсорбцию, ионный обмен, экстракцию, ректификацию. Выпаривание, дистилляцию, обратный осмос и ультрафильтрацию, кристаллизацию, десорбцию и другие. Эти методы используют для удаления из сточных вод тонко диспергированных взвешенных частиц (твердых и жидких), растворимых газов, минеральных и органических веществ.

     Использование физико-химических методов для очистки  сточных вод по сравнению с  использованием биохимических методов  имеет ряд преимуществ:

1. возможность удаления из сточных вод токсических, биохимически не окисляемых органических загрязнений;
2. достижении более глубокой и стабильной степени очистки;
3. уменьшение размеров сооружений;
4. уменьшение чувствительности к изменениям нагрузок;
5. возможность полной автоматизации;
6. более глубокая изученность кинетики ряда процессов, а также вопросов моделирования, математического описания и оптимизации, что важно для правильного выбора и расчеты аппаратуры;
7. отсутствие контроля за деятельностью живых организмов;
8. возможность рекуперации различных веществ.

     Выбор того или иного метода очистки (или  нескольких методов) производят с учетом санитарных и технологических требований, предъявляемым к очищенным производственным сточным водам с целью дальнейшего их использования, а также с учетом объема сточных вод и концентрации загрязнений в них, необходимых материальных и энергетических ресурсов, экономического процесса.

2.3.1.Флотация

     Флотацию  применяют для удаления из сточных  вод нерастворимых диспергированных примесей, которые самопроизвольно плохо отстаиваются. В некоторых случая флотацию используют и для удаления растворенных веществ, например, ПАВ. Такой процесс называют «пенной сепарацией» или «пенным концентрирование». Флотацию применяют для очистки сточных вод многих производств: нефтеперерабатывающих, искусственного волокна, целлюлозно-бумажных, кожевенных пищевых, химических. Она используется также для выделения активного ила после биохимической очистки.

     Достоинствами флотации являются непрерывность процесса, широкий диапазон применения, не большие  капитальные и эксплуатационные затраты, простая аппаратура, селективность  выделения примесей, по сравнению  с отставанием бόльшая скорость процесса, а также возможность шлама более низкой влажности (90 – 95 %), высокая степень очистки (95 – 98 %), возможность рекуперации удаляемых веществ. Флотация сопровождается аэрацией сточных вод, снижением концентрации ПАВ и легко окисляемых веществ, бактерий и микроорганизмов. Все это способствует успешному проведению последующих стадий очистки сточных вод.

2.3.2.Адсорбционная очистка

     Адсорбцию широко применяют для глубокой очистки  сточных вод от растворенных органических веществ органических веществ после биохимической очистки, а также в локальных установках, если концентрация этих веществ в воде не велика и они биологически не разлагаются или являются сильно токсичными. Применение локальных установок целесообразно, если вещество хорошо адсорбируется при небольшом удельном расходе адсорбента. Адсорбцию используют для обезвреживания сточных вод от фенола, гербицидов, пестицидов, ароматических нитросоединений, ПАВ, красителей и другие. Достоинством метода является высокая эффективность, возможность очистки сточных вод, содержащих несколько веществ, а также рекуперации этих веществ.

     Адсорбционная очистка вод может быть регенеративной, то есть с извлечением вещества из адсорбента и его утилизацией, и деструктивной, при которой извлеченные из сточных вод вещества уничтожаются вместе с адсорбентом. Эффективность адсорбционной очистки достигает 80 – 95 % и зависит от химической природы адсорбента, величины адсорбционной поверхности и ее доступности, от химического строения вещества и его состояния в растворе.

2.3.3.Экстракция.

     Жидкостная  экстракция применяется для очистки  сточных вод, содержащих фенолы, масла, органические кислоты, ионы металлов и другое. Целесообразность использования экстракции для очистки сточных вод определяется концентрацией органических примесей в них. Экстракция может быть экономически выгодным процессом, если стоимость извлекаемых веществ компенсирует все затраты на его проведение. Для каждого вещества существует концентрационный предел рентабельности извлечения его из сточных вод. В общем случае для большинства веществ можно считать, что при концентрации выше 3 – 4 г/л их рациональнее извлекать экстракцией, чем адсорбцией. При концентрации меньше 1 г/л экстракцию следует применять только в особых случаях.

     Очистка сточных вод экстракцией состоит  из трех стадий. Первая стадия – интенсивное  смещение сточной воды экстрагентом (органическим окислителем). В условиях развитой поверхности контакта между жидкостями образуется две жидкие фазы. Одна фаза – экстракт содержит извлекаемое вещество и экстрагент, другая – рафинат – сточную воду и экстрагент. Вторая стадия - разделение экстракта  и рафината; третья стадия – регенерация экстрагента из экстракта и рафината.

2.3.4.Обратный осмос и ультрафильтрация

     Обратным  осмосом и ультрафильтрацией  называют процессы фильтрования растворов через полупроницаемые мембраны под давлением, превышающим осмотическое давление. Мембраны пропускают молекулы растворителя, задерживая растворенные вещества. При обратном осмосе определяются частицы ( молекулы, гидратированные ионы), размеры которых не превышают размеры молекул растворителя. При ультрафильтрации размер отдельных частиц  на порядок больше, но максимальные их размеры не превышают 0,5 мкм.

     Достоинством  метода являются: отсутствие фазовых  переходов при отделении примесей, что позволяет вести процесс при небольшом расходе энергии; возможность проведения процесса при комнатных температурах без применения или с небольшими добавками химических реагентов; простота конструкций аппаратуры. Недостатки метода: возникновение явления концентрационной поляризации, которое заключается в росте концентрации растворного вещества у поверхности мембран; проведение процесса при повышенных давлениях, что вызывает необходимость специальных уплотнений аппаратуры.

     Эффективность процесса зависит от свойств применяемых  мембран. Они должны обладать следующими достоинствами; высокой разделяющей  способностью (селективностью), большой удельной производительностью (проницаемостью), устойчивостью к действию среды, неизменностью характеристик в процессе эксплуатации, достаточной механической прочностью, низкой стоимостью.

2.3.5.Десорбция летучих примесей

     Многие  сточные воды загрязнены летучими не органическими и органическими примесями, сероводородом, диоксидом серы, сероуглеродом, аммиаком, диоксидом углерода и другие.

     При пропускании воздуха или другого  инертного малорастворимого в воде газа (азот, диоксид углерода, топочные домовые газы и другие) через сточную воду летучий компонент диффундирует в газовую фазу. Десорбция обусловлена более высоким парциальным давлением газа над раствором, чем в окружающем воздухе.

     В некоторых сточных водах содержатся меркаптаны, амины, аммиак, сероводород, альдегиды, скатол, углеводороды, которые придают им дурной запах. Для очистки дурнопахнущих сточных вод можно использовать различные способы: аэрацию, хлорирование, ректификацию, дистилляцию, обработку дымовыми газами, окисление кислородом под давлением, озонирование, экстракцию, адсорбцию и микробиологическое окисление.

     При выборе метода необходимо учитывать  его эффективность и экономическую целесообразность. Наиболее эффективным считается метод аэрации, который заключается в продувании воздуха через сточную воду. Недостаток метода заключается в том, что некоторые загрязнения не удаляются методом аэрации и остаются в сточной воде.

2.4.Химические методы очистки вод

     К химическим методам очистки сточных  методов относят нейтрализацию, коагулирование и флокулирование, окисление  и восстановление. Все эти методы связаны с расходом различных реагентов, поэтому дороги. Они используются для удаления растворимых веществ и взвешенных частиц. Химическая очистка проводится как предварительная перед биологической очисткой или после нее как метод доочистки сточных вод. 

2.4.1.Нейтрализация сточных вод

     Сточные воды, содержащие минеральные кислоты  или щелочи, перед сбросом их в  водоемы или перед использование  в технологических процессах  подвергаются нейтрализации. Практически  нейтральными являются воды, имеющие  рН 6,5 – 8,5. Для нейтрализации кислых вод используют щелочи, а щелочных – кислоты.

     Нейтрализацию можно производить различным  путем: смешение кислых и щелочных сточных  вод, добавлением реагентов, фильтрованием  кислых вод через нейтрализующие материалы, адсорбцией кислых газов  щелочными водами или адсорбцией аммиака кислыми водами. Выбор метода нейтрализации сточных вод, от режима поступления, наличия и стоимости реагентов. В процессе нейтрализации могут образовываться, количество которых зависит от концентрации и состава сточных вод, а также от вида и расхода используемых реагентов.

     Нейтрализация смещением. Этот вид нейтрализации может быть осуществлен, если на одном предприятии или на соседних предприятиях имеются кислые и щелочные воды, не загрязненные другими компонентами.

     Нейтрализация путем добавления реагентов. Для нейтрализации кислых вод могут быть использованы щелочи (NaOH, KOH), сода (Na₂CO₃), аммиачная вода (NH₄OH), карбонаты кальция и магния (CaCO, MgCO₃), доломит (CaCO₃·MgCO₃), цемент. Однако наиболее дешевым реагентом является известковое молоко с содержанием активной извести Ca(OH)₂ 5 – 10 %. Соду и едкий натр следует использовать, если они являются отходами производства. Иногда для нейтрализации применяют различные отходы производства. Например, шлаки сталеплавильного, феррохромового и доменного производства используют для нейтрализации вод, содержащих серную кислоту.

     Реагенты  выбирают в зависимости в зависимости  от состава концентрации кислой сточной воды. При этом учитывают, будет ли в процессе образовываться осадок или нет. Различают три вида кислотосодержащих сточных вод:

1. воды, содержащие слабые кислоты (H₂CO₃, CH₃COOH)
2. воды, содержащие сильные кислоты (HCl,HNO₃). Для их нейтрализации может быть использован любой названный выше реагент. Соли этих кислот хорошо растворимы в воде;
3. воды, содержащие серную и сернистую кислоту. Кальциевые соли этих кислот плохо растворимы в воде и выпадают в осадок.